JP7177932B6 - Low viscosity UV curable formulations for 3D printing - Google Patents
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Description
本発明は、付加製造、より具体的には、付加製造システムにおける吐出のための組成物に関する。 The present invention relates to additive manufacturing and, more particularly, to compositions for dispensing in additive manufacturing systems.
固体自由形状製造又は3D印刷としても知られる付加製造(AM)は、原材料(例えば、粉末、液体、懸濁液、又は融解固形物)を連続的に分注して2次元の層を形成することから3次元の対象物を作り上げる製造プロセスを意味する。対照的に、従来の機械加工技術は、物品がストック材料(例えば、木片、プラスチック、複合材料、又は金属)から切り出されるサブトラクティブプロセスを含む。 Additive manufacturing (AM), also known as solid freeform manufacturing or 3D printing, continuously dispenses raw materials (e.g., powders, liquids, suspensions, or molten solids) to form two-dimensional layers. Hence, it refers to a manufacturing process that builds up a three-dimensional object. In contrast, conventional machining techniques involve subtractive processes in which articles are cut from stock material (eg, wood, plastic, composites, or metal).
化学機械研磨用の研磨パッドは、典型的には、ポリウレタン材料を型成形又は鋳造することにより作製される。型成形の場合、研磨パッドは、例えば射出成形によって1つずつ作製され得る。鋳造の場合、液体前駆体が鋳造され、硬化されて固形物になり、その後この固形物が、個別のパッド片にスライスされる。これらのパッド片は次いで、最終的な厚さに機械加工され得る。溝が、研磨面に機械加工され得るか、又は、射出成形プロセスの一部として形成され得る。 Polishing pads for chemical mechanical polishing are typically made by molding or casting a polyurethane material. In the case of molding, the polishing pads can be made one by one, for example by injection molding. For casting, a liquid precursor is cast and cured into a solid, which is then sliced into individual pad pieces. These pad pieces can then be machined to final thickness. Grooves can be machined into the polished surface or can be formed as part of the injection molding process.
研磨パッドは、3D印刷技法によっても製造され得る。液体前駆体材料は、支持体の上方を移動するノズルから分注され、硬化されて、研磨パッドの層が形成され得る。 Polishing pads can also be manufactured by 3D printing techniques. A liquid precursor material may be dispensed from a nozzle that moves over the support and cured to form a layer of the polishing pad.
一態様では、付加製造プロセスにおける分注のための液体前駆体材料は、メタ(アクリレート)官能性オリゴマー、反応性希釈剤、メタ(アクリルアミド)モノマー、及びN-ビニル含有モノマーを含む。 In one aspect, a liquid precursor material for dispensing in an additive manufacturing process comprises a meth(acrylate) functional oligomer, a reactive diluent, a meth(acrylamide) monomer, and an N-vinyl containing monomer.
別の態様では、研磨パッドの研磨層を製造する方法は、3Dプリンタを用いて研磨層の複数の副層を連続的に堆積させることを含む。複数の副層の各副層は、液体前駆体材料をノズルから吐出することであって、前駆体材料が、メタ(アクリレート)官能性オリゴマー、反応性希釈剤、メタ(アクリルアミド)モノマー、及びN-ビニル含有モノマーを含む、液体前駆体材料をノズルから吐出すること、及び前駆体材料を硬化して、副層の凝固した研磨層を形成することにより堆積される。 In another aspect, a method of manufacturing a polishing layer of a polishing pad includes sequentially depositing multiple sublayers of the polishing layer using a 3D printer. Each sublayer of the plurality of sublayers ejects a liquid precursor material from a nozzle, the precursor material comprising a meth(acrylate) functional oligomer, a reactive diluent, a meth(acrylamide) monomer, and N - Deposited by ejecting a liquid precursor material, including a vinyl-containing monomer, from a nozzle and curing the precursor material to form a solidified abrasive layer of the sublayer.
潜在的な利点には、以下の一又は複数が含まれ得るが、それらに限定されない。 Potential benefits may include, but are not limited to, one or more of the following.
前駆体材料は、減少した粘度を有し得るが、迅速な硬化、高い弾性率、及び高い最大引張強さ(UTS)も有し得る。さらに、これらの特性は、最終的な硬化部品の吸水率を低く維持しながら達成され得る。さらに、高分子量(MW)オリゴマーのより高いローディングが加えられることにより、より頑丈な層(すなわち、UTSを維持しながらより高い破断伸びを有する層)が可能になり得る。調合物の組成を調整することにより、室温の水に4日間浸漬させた後に、アクリルアミド又はN-ビニル含有モノマーを含むUV硬化性調合物の吸水率を元の重量の<10%に減少させることが可能である。インクジェットに基づく3D印刷技法によって作製される部品にとって、これは特に望ましい。 Precursor materials may have reduced viscosity, but may also have rapid cure, high modulus, and high ultimate tensile strength (UTS). Moreover, these properties can be achieved while maintaining low water absorption in the final cured part. In addition, higher loadings of high molecular weight (MW) oligomers may be added to allow for tougher layers (ie, layers with higher elongation to break while maintaining UTS). Adjusting the composition of the formulation to reduce the water absorption of UV curable formulations containing acrylamide or N-vinyl containing monomers to <10% of the original weight after immersion in room temperature water for 4 days. is possible. This is particularly desirable for parts made by inkjet-based 3D printing techniques.
一又は複数の実施態様の詳細が、添付図面及び以下の説明に明記される。他の特徴、目的、及び利点は、明細書及び図面、並びに特許請求の範囲から明らかになる。 The details of one or more implementations are set forth in the accompanying drawings and the description below. Other features, objects, and advantages will be apparent from the specification and drawings, and from the claims.
様々な図面における類似の参照記号は、類似の要素を示している。 Similar reference symbols in the various drawings indicate similar elements.
光に基づく硬化、例えばUV硬化を使用する多くの3D印刷技法には、低粘度の調合物が非常に望ましい。これは、最終的な調合物の粘度がジェット温度(60-90℃)で10-20cPである必要があるインクジェットに基づく3D印刷技法にとって重要であり得る。従来、このような低粘度を達成するために、調合物のほとんど(~70-80%)は低粘度の反応性希釈剤であり、調合物のわずか20-25%が、必要な機械的特性を最終的な層に提供する高粘度のオリゴマーである。よって、ほとんどの場合、逐次重合技法によって得ることができるより頑丈な材料とは対照的に、インクジェットに基づく3D技法によって得られる最終的なUV硬化層は非常に脆性で硬い。 Low viscosity formulations are highly desirable for many 3D printing techniques that use light-based curing, such as UV curing. This can be important for inkjet-based 3D printing techniques where the viscosity of the final formulation needs to be 10-20 cP at the jet temperature (60-90° C.). Conventionally, to achieve such low viscosities, most (~70-80%) of the formulation is a low viscosity reactive diluent, and only 20-25% of the formulation has the required mechanical properties. to the final layer. Thus, in most cases, the final UV-cured layer obtained by inkjet-based 3D techniques is very brittle and hard, in contrast to the more robust materials that can be obtained by sequential polymerization techniques.
UV硬化性層に使用されるほとんどの反応性希釈剤は、アクリレート及びメタクリレートモノマーと、モノ、ジ、トリ、又はテトラ官能性の反応性(メタ)アクリレート基との組み合わせである。このように通常使用されるアクリレートモノマーの一つは、~8cPのRT粘度と~90CのTgとを有するイソボルニルアクリレートである。シクロヘキシルメタクリレート及びメチルメタクリレートのような低粘度の他のメタクリレートモノマーも、反応性希釈剤として使用される。しかしながら、これらのモノマーに基づく調合物は、メタクリレート基の反応性が遅いため、硬化が非常に遅いか、又は硬化を完了するために非常に高線量の放射線を必要とする。このため、このようなモノマーを調合物に大量に使用することは実用的ではない。 Most reactive diluents used in UV curable layers are combinations of acrylate and methacrylate monomers with mono-, di-, tri-, or tetra-functional reactive (meth)acrylate groups. One such commonly used acrylate monomer is isobornyl acrylate, which has an RT viscosity of ˜8 cP and a Tg of ˜90C. Other low viscosity methacrylate monomers such as cyclohexyl methacrylate and methyl methacrylate are also used as reactive diluents. However, formulations based on these monomers are either very slow to cure or require very high doses of radiation to complete cure due to the slow reactivity of the methacrylate groups. Therefore, it is impractical to use large amounts of such monomers in formulations.
しかしながら、アクリルアミドとN-ビニル含有モノマー、例えば、N,N ジメチルアクリルアミド、N,N ジエチルアクリルアミド及びN-ビニルピロリドンとを含む調合物は、これらの問題に対処することができる。 However, formulations containing acrylamide and N-vinyl containing monomers such as N,N dimethylacrylamide, N,N diethylacrylamide and N-vinylpyrrolidone can address these problems.
図1は、3D印刷プロセスを使用して部品、例えば研磨パッドを製造するための例示のシステム10の簡略図である。システム10は、上に部品が製造される支持体20と、液滴吐出プリントヘッド30とを含み、液滴吐出プリントヘッド30は一又は複数のノズル32を含む。液体前駆体材料の液滴34は、一又は複数のノズル32から吐出され得る。液滴吐出プリンタは、インクジェットプリンタに類似していることがあるが、インクではなく前駆体材料を使用する。プリントヘッド30及びノズル32は、(矢印Aで示すように)支持体20全体を平行移動する。例えば、プリントヘッド30は、線形トラック36上に支持され、線形アクチュエータ38、例えばスクリュードライブモータによってトラック36に沿って動かされる。あるいは、プリントヘッド30は静止状態であり得、支持体20はモータによって水平に移動され得る。
FIG. 1 is a simplified diagram of an
ある実装態様では、支持体20は垂直アクチュエータ22によって移動され得る。例えば、各層が堆積された後、支持体20は、堆積されたばかりの層の厚さに等しい距離だけ低下され得る。代替的に、又は追加的に、プリントヘッド30は、例えば、垂直変位の一部又はすべてを提供するために垂直に移動され得る。これは、ノズル32と、上に液滴34が堆積されている表面との間の均一な距離を確実にすることができ、これにより、製造の均一性を改善し、制御電子装置を簡潔にすることができる。
In some implementations,
支持体20は堅い基部であってよい、又は例えばポリテトラフルオロエチレン(PTFE)の層等の柔軟性のある膜であってよい。支持体20が膜である場合には、支持体20は、物品の一部を形成し得る。例えば、支持体20は、バッキング層を、又はバッキング層と研磨パッドの研磨層との間の層を形成し得る。あるいは、部品を支持体20から取り除くことができる。
図1は、単一のノズル32を示しているが、実際には、プリントヘッド30は、独立して制御可能なノズルの線形配列を含み得る。ノズルは、支持体表面に平行に、かつプリントヘッド30の運動方向に対して斜め又は垂直な方向に延在し得る。ノズル32の配列は、支持体20の構築エリアの幅に広がることができる。
Although FIG. 1 shows a
システム10はまた、放射線42を放出して、液体前駆体材料34を凝固、例えば硬化させるためのエネルギー源40を含む。例えば、エネルギー源40は、一又は複数のUVランプを含み得る。例えば、エネルギー源40は、直線配列のLED、例えばUV発光ダイオードを含み得る。直線配列のLEDは、支持体20の構築エリアの幅に広がることができる。エネルギー源40はまた、支持体20全体を、例えばプリントヘッド30と同じ方向において平行移動し得る。例えば、プリントヘッド30及びエネルギー源40は、1ユニットとして移動される共通フレーム上に支持され得るか、又はプリント30及びエネルギー源40は、同じ又は異なるトラックに沿って独立して移動可能であり得る。
凝固は重合によって実現可能である。例えば、パッド前駆体材料の層50はモノマーであってよく、モノマーはUV硬化によってインシトゥで重合させることができる。パッド前駆体材料は、実質的に堆積の直後に硬化し得るが、パッド前駆体材料の全層50が堆積した後に、全層50を同時に硬化させることもできる。
Coagulation can be achieved by polymerization. For example, the layer of
製造プロセスでは、材料の薄層が徐々に堆積され、凝固する。例えば、前駆体材料の液滴34は、ノズル32から吐出されて、層50を形成する。堆積させた第1の層50aにおいて、ノズル34は支持体20上に噴出し得る。その次に堆積させた層50bにおいては、ノズル34はすでに凝固した材料56上に吐出し得る。各層50が凝固した後、完全な3次元部品、例えば研磨パッドが製造されるまで、新たな層が前の堆積層の上に堆積する。各層50は、部品の総厚の50%未満(例えば10%未満、例えば5%未満、例えば1%未満)である。
In the manufacturing process, thin layers of material are gradually deposited and solidified. For example,
プリントヘッド30が支持体に対して移動する場合に、各層が、コンピュータ60上の非一時的なコンピュータ可読媒体、例えば、3D描画コンピュータプログラムにデータとして格納されたパターンで適用されるよう、コンピュータ60はさまざまなノズル34からの液滴の吐出を制御し得る。コンピュータ60は、例えばプリントヘッド30及び/又はエネルギー源40の平行移動速度を制御するために、さまざまなアクチュエータを制御することができ、例えば放射線42の強度を制御して、それによって硬化速度を制御するためにエネルギー源40を制御することができ、支持体20の垂直アクチュエータを制御することができる。
液滴34の液体前駆体材料は、アクリルアミドと、例えば、N,N ジメチルアクリルアミド、N,N ジエチルアクリルアミド及び/又はN-ビニルピロリドンなどのN-ビニル含有モノマーとを含む調合物であり得る。そのような調合物は、付加製造、例えばインクジェットに基づく3D印刷においてUV硬化性層を形成するのに適した低粘度を有し得る。しかしながら、調合物は、他の3D印刷技法、例えば、光造形法(SLA)又はデジタル光処理(DLP)にも使用され得る。さらに、調合物は、他の用途、例えば他の物品上のコーティング、例えば保護コーティングにも適用可能であり得る。これらの3D印刷部品の潜在的な用途には、機能及びプロトタイピングの用途、並びに半導体製造用の化学機械平坦化(CMP)用の研磨パッドの製造が含まれる。
The liquid precursor material of
アクリルアミド及びN-ビニルモノマーなどのUV硬化性モノマーは、これらのモノマーの水溶性が高いため、ヒドロゲルなどの高吸水システムの3D印刷以外のUV硬化性調合物に以前は使用された。驚くべきことに、そのような調合物は減少した粘度を有し得るが、迅速な硬化、高い弾性率、及び高い最大引張強さ(UTS)も有し得ることが発見された。さらに、これらの特性は、最終的な硬化部品の水分吸収を低く維持しながら達成され得る。さらに、高分子量(MW)オリゴマーのより高いローディングが加えられることにより、より頑丈な層(すなわち、UTSを維持しながらより高い破断伸びを有する層)が可能になり得る。調合物の組成を調整することにより、室温の水に4日間浸漬させた後に、アクリルアミド又はN-ビニル含有モノマーを含むUV硬化性調合物の水分吸収を元の重量の<10%に減少させることが可能である。インクジェットに基づく3D印刷技法によって作製される部品にとって、これは特に望ましい。 UV curable monomers such as acrylamide and N-vinyl monomers have previously been used in UV curable formulations other than 3D printing of superabsorbent systems such as hydrogels due to the high water solubility of these monomers. Surprisingly, it was discovered that such formulations can have reduced viscosity, but can also have rapid cure, high modulus, and high ultimate tensile strength (UTS). Moreover, these properties can be achieved while maintaining low moisture absorption in the final cured part. In addition, higher loadings of high molecular weight (MW) oligomers may be added to allow for tougher layers (ie, layers with higher elongation to break while maintaining UTS). Adjusting the composition of the formulation to reduce the moisture absorption of UV curable formulations containing acrylamide or N-vinyl containing monomers to <10% of the original weight after immersion in room temperature water for 4 days. is possible. This is particularly desirable for parts made by inkjet-based 3D printing techniques.
調合物には、メタ(アクリレート)官能性オリゴマー、反応性希釈剤、メタ(アクリルアミド)モノマー、及びN-ビニル含有モノマーが含まれる。反応性希釈剤は、脂肪族、脂環式、複素環式、芳香族、直鎖状、又は分岐状のメタ(アクリレート)モノマーであり得る。N-ビニル含有モノマーは、N,N ジメチルアクリルアミド、N,N ジエチルアクリルアミド及び/又はN-ビニルピロリドンを含み得る。調合物は、光開始剤、光増感剤、及び/又は酸素捕捉剤を含み、パフォーマンスを改善し得る。しかしながら、調合物の化学的に反応する部分は、メタ(アクリレート)官能性オリゴマー、反応性希釈剤、メタ(アクリルアミド)モノマー、N-ビニル含有モノマーのみを含み得る、例えばそれらからなる。 The formulation includes a meth(acrylate) functional oligomer, a reactive diluent, a meth(acrylamide) monomer, and an N-vinyl containing monomer. Reactive diluents can be aliphatic, cycloaliphatic, heterocyclic, aromatic, linear or branched meta(acrylate) monomers. N-vinyl containing monomers may include N,N dimethylacrylamide, N,N diethylacrylamide and/or N-vinylpyrrolidone. The formulation may contain photoinitiators, photosensitizers, and/or oxygen scavengers to improve performance. However, the chemically reactive portion of the formulation may only comprise, eg consist of, meth(acrylate) functional oligomers, reactive diluents, meth(acrylamide) monomers, N-vinyl containing monomers.
図2は、EB270オリゴマー(脂肪族ウレタンアクリレート)及びBR744BTオリゴマー(脂肪族ポリエステルウレタンアクリレート)を使用した対照UV架橋性調合物を列挙した表である。モノマー1はイソボルニルアクリレート(IBOA)である。モノマー3は、「SR 351 LV」の商品名でSartomer Americasから入手可能な低粘度のトリメチロールプロパントリアクリレート(TMPTA)である。光開始剤(PI)は、米国ノースカロライナ州Charlotteに本社があるIGM Resins USA社から入手可能なOmniradTM819である。オリゴマー、モノマー1、モノマー3、及び光開始剤の重量パーセント(%)が示されている。図2から5の表において、粘度は70℃でセンチポアズ(cP)で示される。最大引張強さ(UTS)はミリパスカル(MPa)で示される。% EIは、破断点伸びのパーセントである。貯蔵弾性率は、30℃(E30)、60℃(E60)、及び90℃(E90)で示される。
FIG. 2 is a table listing control UV crosslinkable formulations using EB270 oligomer (aliphatic urethane acrylate) and BR744BT oligomer (aliphatic polyester urethane acrylate).
図2の表に示されているとおり、代表的なオリゴマーのうちの二つについては、2つのモデル調合物の粘度が高すぎ、ラピッドプロトタイピング又は3D印刷による機能部品の製造には機械的特性がまだ不十分である。 As shown in the table of Figure 2, for two of the representative oligomers, the viscosities of the two model formulations were too high and the mechanical properties were too high for the production of functional parts by rapid prototyping or 3D printing. is still insufficient.
図3は、図2の表中の対照調合物よりも低い粘度及び良好な機械的特性を有する、アクリルアミド及びN-ビニルモノマーを含む複数の調合物を列挙した表である。モノマーDEAAは、N,N-ジエチルアクリルアミドである。モノマーDMAAは、N,N-ジメチルアクリルアミドである。モノマーNVPは、N-ビニルピロリドンである。オリゴマー、モノマー1、モノマー2、モノマー3、モノマー4、及び光開始剤(PI)の重量パーセント(%)が括弧中に示されている。
FIG. 3 is a table listing several formulations containing acrylamide and N-vinyl monomers having lower viscosities and better mechanical properties than the control formulation in the table of FIG. Monomeric DEAA is N,N-diethylacrylamide. Monomeric DMAA is N,N-dimethylacrylamide. Monomer NVP is N-vinylpyrrolidone. Weight percentages (%) of oligomer,
DLP、SLA、及びポリジェット技法のような3D印刷技法では、ラピッドプロトタイピング又は機能部品の製造を可能にする低粘度の調合物が非常に望ましい。低粘度の調合物は、より扱いやすく、印刷時により高い解像度を提供する。このような低粘度を達成するために、インク組成物は、ほとんどが、例えば、少なくとも約50%、例えば70-80%が、低粘度の液体、例えば、メタ(アクリレート)モノマー、メタ(アクリルアミド)モノマー、及びN-ビニル含有モノマーであり得る。組成物の約20-30%、例えば20-25%は、必要な機械的特性を最終的な硬化層に提供する高粘度のオリゴマーであり得る。 For 3D printing techniques such as DLP, SLA, and Polyjet techniques, low viscosity formulations that enable rapid prototyping or production of functional parts are highly desirable. Low viscosity formulations are easier to handle and provide higher resolution when printed. To achieve such low viscosities, the ink composition comprises mostly, for example, at least about 50%, such as 70-80%, low viscosity liquids such as meth(acrylate) monomers, meth(acrylamide). monomers, and N-vinyl containing monomers. About 20-30%, such as 20-25%, of the composition may be high viscosity oligomers that provide the required mechanical properties to the final cured layer.
図4は、StratasysのConnex 500プリンタを使用して3D印刷され、タイプIV及びタイプVのドッグボーン及びDMAクーポン試料を形成する、複数の調合物(#10-14)を列挙した表である。印刷後、3D印刷された試料を90℃で1時間硬化し、この時点で試料を室温に冷却した。試料を室温で24時間置いた後、すべての試料の特性評価を行った。UTS、破断点伸び%、30℃及び90℃での貯蔵弾性率、並びに室温での浸漬試験の96時間後の吸水率について、試料を特性評価した。3D印刷した試料の好ましい値は、UTS、破断点伸び%、E30、E90、及び吸水率について、それぞれ25-35MPa、20-75%、~1GPa-1.5GPa、35-200MPa、及び>10%である。 FIG. 4 is a table listing multiple formulations (#10-14) that were 3D printed using a Stratasys Connex 500 printer to form Type IV and Type V dogbone and DMA coupon samples. After printing, the 3D printed samples were cured at 90° C. for 1 hour, at which point the samples were cooled to room temperature. All samples were characterized after the samples were placed at room temperature for 24 hours. Samples were characterized for UTS, % elongation at break, storage modulus at 30° C. and 90° C., and water absorption after 96 hours of immersion testing at room temperature. Preferred values for 3D printed samples are 25-35 MPa, 20-75%, ~1 GPa-1.5 GPa, 35-200 MPa, and >10% for UTS, % elongation at break, E30, E90, and water absorption, respectively. is.
表4の表では、オリゴマー、モノマー1、モノマー2、モノマー3、モノマー4、及び光開始剤(PI)の重量パーセント(%)が括弧中に示されている。モノマーSR 420は、Sartomer Americasの非常に低粘度の単官能性アクリルモノマーである。モノマーTMCHAは、3,3,5-トリメチルシクロヘキシルメタクリレートである。モノマー1.4 BDDAは、1,4-ブタンジオール ジアクリレートである。
In Table 4, the weight percentages (%) of oligomer,
図5は、図4の表の調合物#11-#14の3D印刷された試験片の機械的特性を列挙した表である。 FIG. 5 is a table listing the mechanical properties of 3D printed specimens of Formulations #11-#14 of the table of FIG.
低粘度でアクリルアミド及びN-ビニルモノマーを含む調合物は、付加製造に特に望ましい。ポリジェット3D印刷技法を使用する調合物のこのような用途の一つは、より高い伸び及びUTSを有する先進的な化学気化研磨(CMP)パッドを作製することである。ジェット温度での調合物の粘度範囲は、10cPから25cPの間、例えば12cpから20cPの間、例えば13cpから16cPの間であり得る。このような調合物のジェット温度は、50℃と100℃の間、例えば55℃と80℃の間、例えば60℃と70℃の間であり得る。 Formulations with low viscosity and containing acrylamide and N-vinyl monomers are particularly desirable for additive manufacturing. One such application of formulations using the PolyJet 3D printing technique is to make advanced chemical vapor polishing (CMP) pads with higher elongation and UTS. The viscosity range of the formulation at jet temperature may be between 10 cP and 25 cP, such as between 12 cp and 20 cP, such as between 13 cp and 16 cP. The jet temperature of such formulations may be between 50°C and 100°C, such as between 55°C and 80°C, such as between 60°C and 70°C.
図6A及び6Bは、上記及び表3と4で検討された前駆体材料の調合物を使用する付加製造により製造され得る研磨パッド100を示している。図6Aに示すとおり、研磨パッド100は、上記の前駆体材料を使用する付加製造により製造された研磨層102からなる単層パッドであり得る。あるいは、図6Bに示す通り、研磨パッド100は、研磨層102及び少なくとも一つのバッキング層104を含むマルチレイヤパッドであり得る。
6A and 6B illustrate a
研磨層102は、研磨プロセスにおいて不活性材料であり得る。研磨層102は、ショアDスケールの約40~80、例えば50~65の硬度を有し得る。いくつかの実装態様では、研磨層102は、均質な組成物の層であり得る。いくつかの実装態様では、研磨層102は、ポア、例えば小さなボイドを含む。ポアは、50~100ミクロンの幅であってよい。
研磨層102は、80ミル以下、例えば50ミル以下、例えば25ミル以下の厚さD1を有し得る。調整プロセスによりカバー層がすり減りやすいため、研磨層102の厚さは、研磨パッド100に例えば3000回の研磨及び調整サイクルの有用な寿命が提供されるように選択され得る。
The
顕微鏡スケールでは、研磨層102の研磨面106は、例えば2~4ミクロンrmsの粗い質感の表面を有し得る。例えば、研磨層102に研削プロセス又は調整プロセスを施して、粗い表面性状を生成することができる。加えて、3D印刷により、例えば200ミクロンまでの小さく均一な特徴部が提供され得る。
On a microscopic scale, the polishing
研磨面106は顕微鏡スケールでは粗いことがあるが、研磨パッド自体の肉眼的スケールでは、研磨層106は良好な厚さ均一性を有し得る(この均一性は、研磨層の底面に対する研磨面106の高さの全体的な変動を指し、研磨層に意図的に形成されたいかなる肉眼的な溝又は貫通孔をも含むものではない)。例えば、厚さの非均一性は1ミル未満であり得る。
The polishing
場合によっては、研磨面106の少なくとも一部は、スラリーを運ぶために研磨面に形成された複数の溝108を含み得る。溝108は、溝に対応する位置に前駆体材料を単に吐出しないことによって形成することができる。溝108は、例えば同心円、直線、斜交平行、螺旋等のほぼすべてのパターンのものであってもよい。溝108があると仮定すると、研磨面106、すなわち溝108間の平坦域は、研磨パッド100の水平表面積全体の約25~90%になってもよい。したがって、溝108は、研磨パッド18の水平表面積全体の10~75%を占めてもよい。溝26間の平坦域は、約0.1~2.5mmの横幅を有し得る。
In some cases, at least a portion of polishing
いくつかの実装態様では、例えばバッキング層104がある場合、溝108は研磨層102を完全に貫通して延在し得る。一部の実装態様では、溝108は、研磨層102の厚さの約20~80%(例えば40%)を通って延在し得る。溝108の深さD2は0.25~1mmであってよい。例えば、50ミルの厚さの研磨層102を有する研磨パッド100では、溝108は約20ミルの深さD2であり得る。
In some implementations,
バッキング層104は、研磨層102よりも柔軟で、より圧縮性であり得る。バッキング層104は、ショアAスケールで80以下の硬度、例えば約60ショアAの硬度を有し得る。バッキング層104は、研磨層102よりも厚い、又は薄い、又は同じ厚さであってよい。
例えば、バッキング層は、ボイドを有するポリウレタン又はポリシリコン等のオープンセル又はクローズセル発泡体であってよく、これにより加圧下でセルがつぶれ、バッキング層が圧縮される。適切なバッキング層の材料は、コネクチカット州ロジャースのロジャース社のPORON4701-30、又はRohm&Haas社のSUBA-IVである。バッキング層の硬度は、層材料と空隙率を選択することによって調節可能である。 For example, the backing layer may be an open-cell or closed-cell foam, such as polyurethane or polysilicon, with voids that cause the cells to collapse under pressure, compressing the backing layer. Suitable backing layer materials are PORON 4701-30 from Rogers, Inc. of Rogers, Connecticut, or SUBA-IV from Rohm & Haas. The hardness of the backing layer can be adjusted by selecting the layer material and porosity.
一部の実装態様では、バッキング層104も、3D印刷プロセスによって製造され得る。例えば、バッキング層104と研磨層102とは、付加製造システム10によって、1つの連続工程で製造されることも可能である。バッキング層104には、異なる前駆体材料を使用することによって、及び/又は異なる硬化量、例えば、異なるUV放射強度を使用することによって、研磨層102とは異なる硬度が与えられ得る。
In some implementations, the
他の実装態様では、バッキング層104は、従来型のプロセスによって製造されてから、研磨層102に固定される。例えば、研磨層102は、感圧接着剤などである薄型接着層によって、バッキング層104に固定され得る。
In other implementations, the
数々の実施態様が説明されてきた。それでもなお、本発明の本質及び範囲から逸脱することなく様々な改変が行われ得ることが、理解されよう。 A number of implementations have been described. Nevertheless, it will be understood that various modifications can be made without departing from the spirit and scope of the invention.
層の各層の厚さ、及び、ボクセルの各々のサイズは、実装態様ごとに変動し得る。一部の実装態様では、支持体20上に分注が行われる時に、各ボクセルは、例えば10μm~50μm(10μm~30μm、20μm~40μm、30μm~50μm、およそ20μm、およそ30μm、又はおよそ50μmなど)の幅を有し得る。各層は、所定の厚さを有し得る。この厚さは、例えば、0.10μm~125μm(例えば、0.1μm~1μm、1μm~10μm、10μm~20μm、10μm~40μm、40μm~80μm、80μm~125μm、およそ15μm、およそ25μm、およそ60μm、又はおよそ100μm)であり得る。
The thickness of each layer of layers and the size of each of the voxels may vary from implementation to implementation. In some implementations, each voxel is, for example, 10 μm to 50 μm (10 μm to 30 μm, 20 μm to 40 μm, 30 μm to 50 μm, approximately 20 μm, approximately 30 μm, or approximately 50 μm, etc.) when dispensed onto
研磨パッドは、円形又は何か他の形状のパッドとすることができる。 The polishing pad can be a circular or some other shaped pad.
エネルギー源は、異なる波長範囲を有する多数の光源を含み得る。例えば、エネルギー源は、2列のUV光源を含むことがあり、2列は異なる波長帯を有する。 The energy source may include multiple light sources with different wavelength ranges. For example, the energy source may include two rows of UV light sources, the two rows having different wavelength bands.
研磨パッドの製造に関連して装置について説明してきたが、この装置は、付加製造によるその他の物品の製造にも適合し得る。 Although the apparatus has been described in connection with the manufacture of polishing pads, the apparatus may also be adapted to manufacture other articles by additive manufacturing.
したがって、その他の実施態様も、以下の特許請求の範囲内に含まれる。 Accordingly, other implementations are also within the scope of the following claims.
Claims (15)
メタ(アクリレート)官能性オリゴマーと、
反応性希釈剤と、
メタ(アクリルアミド)モノマーと、
N,N ジエチルアクリルアミドモノマー又はN,N ジメチルアクリルアミドモノマーあるいはその双方と、
を含み、
反応性希釈剤と、メタ(アクリルアミド)モノマーと、N,N ジエチルアクリルアミドモノマー又はN,N ジメチルアクリルアミドモノマーあるいはその双方とが、液体前駆体の70-80%である、液体前駆体。 A liquid precursor in an additive manufacturing process, comprising:
a meta(acrylate) functional oligomer;
a reactive diluent;
a meta(acrylamide) monomer;
N,N diethylacrylamide monomer and/or N,N dimethylacrylamide monomer ;
including
A liquid precursor wherein the reactive diluent, meta(acrylamide) monomer, N,N diethylacrylamide monomer or N,N dimethylacrylamide monomer or both are 70-80% of the liquid precursor .
研磨層の複数の副層を3Dプリンタを用いて連続的に堆積させることであって、複数の副層の各副層が、
液体前駆体材料をノズルから吐出することであって、液体前駆体材料が、メタ(アクリレート)官能性オリゴマーと、反応性希釈剤と、メタ(アクリルアミド)モノマーと、N,N ジエチルアクリルアミドモノマー又はN,N ジメチルアクリルアミドモノマーあるいはその双方とを含み、反応性希釈剤と、メタ(アクリルアミド)モノマーと、N,N ジエチルアクリルアミドモノマー又はN,N ジメチルアクリルアミドモノマーあるいはその双方とが、液体前駆体材料の70-80%である、液体前駆体材料をノズルから吐出すること、及び
液体前駆体材料を硬化して、液体前駆体材料を凝固させて、副層の凝固した研磨層材料を形成することであって、凝固した研磨層材料の吸水率が、室温の水に4日間浸漬させた後、元の重量の10%未満である、副層の凝固した研磨層材料を形成することにより堆積される、
研磨層の複数の副層を3Dプリンタを用いて連続的に堆積させることを含む、
方法。 A method of manufacturing a polishing layer of a polishing pad, comprising:
sequentially depositing a plurality of sublayers of the polishing layer using a 3D printer, each sublayer of the plurality of sublayers comprising:
Dispensing a liquid precursor material from a nozzle, wherein the liquid precursor material comprises a meth(acrylate) functional oligomer , a reactive diluent , a meth(acrylamide) monomer , a N,N diethylacrylamide monomer or N ,N dimethylacrylamide monomer or both , wherein the reactive diluent, the meta(acrylamide) monomer, and the N,N diethylacrylamide monomer and/or the N,N dimethylacrylamide monomer form the liquid precursor material. ejecting a liquid precursor material from a nozzle that is 70-80% ; and
Curing the liquid precursor material to solidify the liquid precursor material to form a solidified abrasive layer material of the sublayer, wherein the water absorption of the solidified abrasive layer material is reduced to four days in room temperature water. deposited by forming a sublayer of solidified abrasive layer material that is less than 10% of its original weight after soaking ;
sequentially depositing multiple sublayers of the polishing layer using a 3D printer;
Method.
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